钛/铝复合板是典型的层状金属复合材料,广泛应用于航空、冶金、化工、高端厨具等领域。近年来,国内外围绕层状复合材料的制备工艺和界面调控机理开展了大量的研究工作,取得了丰硕的成果,部分产品实现了工业化批量生产。然而,在实际应用中双金属层状复合板通常被作为原材料,需要通过进一步的冲压等深加工工序,将其制作成各种特定形状的零件。由于层状复合板厚度方向力学性能差异较大,深加工过程中金属变形行为、回弹控制等与传统单一材料有较大区别,除了控制成形尺寸精度,还需兼顾复合界面不受破坏,传统的成形理论不再适用。随着层状金属复合材料应用范围不断扩大,亟待开展其深加工成形力学行为与工艺研究,对于丰富复合材料成形理论、提高产品质量具有重要的现实意义。本文围绕钛/铝层状复合板的力学性能、深加工性能,考虑钛/铝复合板为厚度方向非均质材料,分析了组元金属自身力学性能和组元层厚比对钛/铝复合板拉伸力学性能与成形性能的影响,研究了钛/铝层状复合板拉深成形过程的变形行为、界面分离风险和拉深工艺参数优化。本论文完成的主要研究内容和所取得的研究成果如下:(1)对不同层厚比的钛/铝层状复合板及组元金属进行单向拉伸实验与数值模拟,结果表明钛/铝复合板的抗拉强度、屈服强度与弹性模量符合层厚比加权平均规律。并结合VIC-3D非接触式全场应变测量系统,对比两侧组元材料表面的局部应变变化分析双金属复合板的变形协调性与断裂机理,发现从弹性变形到断裂前两侧表面的纵向应变值都相等,但钛侧先发生断裂,且横向应变比铝侧大颈缩程度高。(2)通过刚模胀形实验,测试获得了总厚度2.1mm、层厚比为26%的钛/铝复合板成形极限图(FLD)。利用非线性弹塑性有限元方法,以铺层连接方式处理钛/铝复合板界面,以组元材料FLD为判据建立刚模胀形过程数值模拟模型,得到复合板胀形后变形区单元的第一、第二主应变数据点分布,并以此为基础拟合了复合板FLD,与实测FLD吻合良好,验证了有限元模型及损伤判据的正确性。利用所建立的模型模拟预测了不同层厚比钛/铝复合板的FLD,结果表明,层厚比对复合板的成形性能有很大影响,且随着钛层厚度增加,成形极限曲线上移,成形性能提高。(3)基于ABAQUS建立了筒形件拉深实验模型,结合正交实验法探究凸模圆角半径、凸凹模间隙、压边间隙与板材直径四个工艺参数对成形质量的影响,以成形过程中成形极限图判据的损伤最大值、最大增厚率和最大减薄率为优化目标,得到最优成形工艺方案为凸模圆角半径9mm,凹凸模间隙3.25mm,压边间隙2.7mm,板材直径90mm。并基于内聚力模型的界面单元分析拉深成形过程中钛/铝复合板的界面分离风险,发现在钛/铝复合板筒形拉深过程中未发生界面分离,且在拉深件圆角处和褶皱处的界面损伤因子较大,易发生分层。(4)根据上述模拟优化的工艺方案与成形件需求,设计配套模具并进行成形实验。结果表明,成形件壁厚与拉深力-位移曲线与数值模拟结果相符,且界面无分离现象,最大减薄率和最大增厚率满足成形质量需求,验证了钛/铝复合板成形工艺优化结果与成形过程中界面分离风险分析的准确性。